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多级离心鼓风机基础知识与C150-1.39型号深度解析及工业气体输送应用

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:多级离心鼓风机、C150-1.39、风机配件、风机修理、工业气体输送、有毒气体、轴瓦、碳环密封

引言

在工业生产中,风机作为气体输送与加压的核心设备,其性能与可靠性直接关系到生产流程的稳定与效率。多级离心鼓风机凭借其高压力、高效率及宽广的工况适应性,在污水处理、矿山通风、冶金化工及各类工业气体输送领域扮演着不可或缺的角色。本文将系统阐述多级离心鼓风机的基础知识,并重点对典型型号C150-1.39进行深度解析,同时详细说明风机关键配件、常见修理要点,以及针对输送混合工业酸性有毒气体等特殊介质的专业技术考量。

第一章 多级离心鼓风机基础原理与系列概览

离心鼓风机的工作原理基于牛顿第二定律和欧拉涡轮机械方程。当电机驱动风机主轴高速旋转时,叶轮上的叶片对吸入的气体做功,气体在离心力的作用下从叶轮中心被甩向边缘,动能和压力能同时增加。气体离开叶轮进入扩压器,流速降低,部分动能进一步转化为压力能。对于多级离心鼓风机,这一“加速-增压”的过程在串联的多个叶轮-扩压器级中重复进行,从而实现气体压力的逐级累积,最终达到系统所需的高压输出。

其核心性能可以通过风机基本方程(即欧拉方程)来描述:风机对单位质量气体所做的理论功,等于气体在叶轮进出口处的切向速度与圆周速度乘积之差。实际应用中,我们更常关注风机的压力、流量、轴功率及效率等参数。风机产生的全压与叶轮转速的平方成正比,与叶轮直径的平方成正比(遵循相似定律);风机的体积流量与转速成正比;而所需的轴功率则与流量和全压的乘积成正比,再除以风机效率。

工业上常见的离心鼓风机系列包括:

“C”型系列多级风机:这是最经典的多级离心鼓风机结构。气体依次通过多个级,每级由一个叶轮和对应的扩压器、回流器组成。其特点是压力高(通常可达1.0 Bar以上)、运行平稳、效率曲线相对平坦,适用于要求稳定高压的场合,如本文重点解析的C150-1.39即属于此系列。 “D”型系列高速高压风机:通常采用齿轮箱增速,使叶轮在极高的转速下运行(可达数万转/分钟)。通过单级或较少级数的叶轮即可产生很高的压力,结构紧凑,但制造精度和维护要求极高。 “AI”型系列单级悬臂风机:叶轮悬臂安装在主轴的一端,结构简单,维护方便。通常用于中低压、大流量的工况。其变体“AI(M)”系列专门用于煤气等介质的输送。 “S”型系列单级高速双支撑风机:叶轮位于两个支撑轴承之间,转子动力学性能优于悬臂结构,适用于高转速、高压力的单级应用。 “AII”型系列单级双支撑风机:与“S”系列类似,同为双支撑结构,但可能在具体结构设计、应用领域上有所侧重。其“AII(M)”型同样用于煤气输送。

第二章 典型型号C150-1.39多级离心鼓风机深度解析

型号“C150-1.39”清晰地标示了该风机的核心性能参数,遵循了国内常见的多级离心鼓风机命名规则。

“C”:代表该风机属于“C”型系列,即多级离心鼓风机。 “150”:通常表示风机的额定流量,单位为立方米每分钟。因此,C150-1.39的设计流量为150 m³/min。这是风机在标准进气状态下的体积输送能力。 “-1.39”:表示风机的出口绝对压力为1.39个大气压(绝对压力)。在风机领域,若无特殊说明,通常指相对于标准大气压(101.325 kPa)的表压值为 1.39 - 1 = 0.39 Bar (G) 或约39 kPa (G)。这个压力值是多级叶轮串联做功的最终结果。

对于C150-1.39这类多级风机,其结构核心在于实现气体的逐级增压。主要组成部分包括:

机壳:通常为水平剖分式,便于内部组件的安装与检修。材料根据输送介质而定,对于普通空气可采用铸铁,对于腐蚀性气体则需选用不锈钢或其他合金。 风机转子总成:这是风机的“心脏”,由风机主轴、多个叶轮、平衡盘、联轴器等部件组成。每个叶轮都精确地过盈配合或键连接固定在主轴上。转子在装配后必须进行严格的动平衡校正,以确保在高转速下平稳运行,残余不平衡量需控制在标准允许的极低范围内。 级间密封:为了防止高压级的气体泄漏到低压级,在叶轮与隔板之间设有气封。常见的结构形式有迷宫密封和碳环密封。碳环密封由多个剖分式的碳环组成,依靠弹簧力抱紧在轴上,具有良好的自润滑性和密封效果,尤其在处理带液或轻微颗粒的气体时表现优异。 轴端密封:在主轴伸出机壳的两端,设有油封和轴端密封(如碳环密封、机械密封或干气密封),主要用于防止机壳内气体外泄和外部空气进入。对于有毒或贵重气体,轴端密封的选型和维护至关重要。 支撑与润滑系统:转子由两端的径向轴承支撑。在C系列等多级风机中,常采用滑动轴承,即风机轴承用轴瓦。轴瓦通常为巴氏合金材质,具有良好的耐磨性和嵌藏性。轴承箱内充满润滑油,形成油膜,实现液体摩擦。同时,推力轴承用于平衡转子运行中产生的轴向力。整个润滑系统包括油箱、油泵、冷却器、过滤器等,确保轴承和轴承箱处于良好的工作状态。

第三章 风机关键配件功能与维护要点

风机主轴:承受扭矩、弯矩和复杂的交变应力,要求极高的强度、刚度和疲劳强度。材料常为优质合金钢(如40CrNiMoA)。维护中需定期检查其直线度、表面是否有磨损或裂纹。 风机轴承与轴瓦:滑动轴承的轴瓦是易损件。运行中需监控轴承温度、润滑油温和油质。若出现振动加剧、温度异常升高,可能预示轴瓦巴氏合金层磨损、脱落或出现疲劳裂纹,需停机检查、刮研或更换。 风机转子总成:叶轮的叶片易受介质腐蚀、磨损或结垢。定期大修时需对转子进行无损探伤(如MT/PT),检查叶轮流道有无减薄、裂纹。重新组装后必须进行高速动平衡。 气封与油封气封(特别是级间迷宫密封或碳环密封)的间隙是影响风机内效率的关键。间隙过大会导致内泄漏增加,效率下降。碳环密封属于磨损件,需根据运行小时或检查结果定期更换。油封老化、磨损会导致润滑油泄漏,需及时更换。 碳环密封:作为一种先进的接触式密封,其在有毒气体输送中应用广泛。维护时需检查碳环的磨损量、弹簧弹力是否足够,安装时确保各环开口错开,并保证冷却和润滑(若适用)管路通畅。 轴承箱:作为轴承的载体和润滑油容器,要确保其清洁、无渗漏。结合面的密封垫需完好,视镜清晰,放油螺塞磁芯上无过多金属屑。

第四章 风机常见故障与修理流程

风机修理是一项系统性工程,需遵循“诊断-解体-检查-修复-组装-测试”的流程。

振动超标:最常见故障。原因可能包括:转子不平衡(叶轮结垢、部件脱落)、对中不良、轴承(轴瓦)磨损、基础松动、喘振等。修理时需先精确诊断,然后进行清垢、重新平衡、调整对中、更换轴承等操作。 轴承温度高:原因有润滑油不足或变质、冷却器效率低、轴瓦间隙过小、负载过大等。需检查润滑系统,化验油品,调整间隙或更换轴瓦。 性能下降(压力/流量不足):多由内部密封间隙(如气封、碳环密封)磨损过大导致内泄漏加剧,或叶轮腐蚀磨损严重所致。大修时需要测量并调整各级密封间隙,必要时更换密封件或修复/更换叶轮。 气体泄漏:轴端密封失效是主因。对于碳环密封或机械密封,需检查动、静环磨损情况,O型圈是否老化,并严格按规程更换。 修理要点解体:做好标记,有序拆卸。测量并记录原始数据(如轴承间隙、推力间隙、密封间隙)。 清洗与检查:彻底清洗所有零件,仔细检查磨损、裂纹、变形情况。主轴、叶轮等关键件进行无损检测。 修复与更换:对可修复的零件(如刮研轴瓦、喷涂修复轴颈)进行修复;对已达报废标准的零件(如严重腐蚀的叶轮、断裂的叶片)坚决更换。 组装:严格按照装配工艺和间隙要求进行。确保转子跳动在允差内。更换所有密封垫和O型圈。 对中:机组复位后,必须使用百分表或激光对中仪进行精细的轴对中,这是减少振动和轴承损坏的关键步骤。 试运行:修理后应进行空载和负载试运行,监测振动、温度、噪声、电流等参数,确保各项指标正常。

第五章 输送工业气体(特别是酸性有毒气体)的特殊考量

输送混合工业酸性有毒气体(如SO₂、NOₓ、HCl、HF、HBr等)对风机的材料选择、密封设计和安全防护提出了极高要求。

材料耐腐蚀性SO₂(湿):具有强腐蚀性,机壳、叶轮、密封件需选用超级奥氏体不锈钢(如254 SMO)、双相钢(如2205)或高镍合金(如哈氏合金C-276)。 HCl、HF、HBr:这些卤化氢气体,特别是含水的,腐蚀性极强。HF能腐蚀玻璃和大多数金属,需选用蒙乃尔合金、因科镍合金或哈氏合金。内件甚至需采用聚四氟乙烯(PTFE)衬里或全塑结构。 NOₓ:通常与水分形成硝酸,需选用奥氏体不锈钢(如316L)或更高级别的合金。 对于AI(M)600-1.124/0.95这类煤气风机,介质中可能含有H₂S、CO、焦油等成分,材料需考虑硫化物应力腐蚀开裂和磨损腐蚀,常选用不锈钢或进行特殊表面处理。 密封系统升级: 对于极度危险或贵重气体,轴端密封必须采用零泄漏或微泄漏密封。碳环密封组可以通入缓冲气(如氮气)形成气幕密封。更高级的则采用双端面干气密封或串联式机械密封,并配备泄漏监测和排放系统。 所有静密封(如法兰垫片)需选用耐介质腐蚀的材料,如PTFE包覆垫、金属缠绕垫。 安全与监控: 机壳设计需考虑更高的强度和安全系数,以应对可能的异常压力波动。 设置气体泄漏检测报警器在风机房和密封排放口。 轴承箱、润滑系统应与工艺气体侧完全隔离,防止气体窜入污染润滑油。 对于像“AI(M)”和“AII(M)”系列煤气风机,还需考虑防爆要求。 型号解读示例:如前文提到的“AI(M)600-1.124/0.95” “AI(M)”:AI系列悬臂单级煤气风机,"(M)"表示用于混合煤气。 “600”:流量,600 m³/min。 “-1.124”:出口绝对压力1.124 atm。 “/0.95”:进口绝对压力0.95 atm。这表明风机是在一个负压的进气条件下工作的,其实际升压为 1.124 - 0.95 = 0.174 atm。

结论

多级离心鼓风机,如C150-1.39,是现代工业中实现气体高效增压输送的关键设备。深入理解其工作原理、型号含义、核心配件功能及维护修理技术,是保障其长期稳定运行的基础。而当面对输送混合工业酸性有毒气体等苛刻工况时,必须在材料、密封和安全设计上采取针对性的特殊措施,确保设备的耐腐蚀性、密封可靠性和运行安全性。作为风机技术人员,不断深化对这些专业知识的掌握,并应用于日常的设备选型、操作维护与故障处理中,对于提升生产安全性与经济效益具有重要意义。

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